渗透试验中海水替代纯水对渗透试验结果的影响研究论文_胡治高,霍禹光,范红申

摘要：本文以海洋勘察项目为依托，采取海底土样分别用海水和纯水进行变水头渗透试验，得到两种环境下土体的渗透系数并进行对比分析，探究引起土体渗透系数变化的原因。本研究成果对于海洋工程勘察中土体渗透系数的选取有参考作用。

关键词：海水；纯水；变水头渗透试验；渗透系数

前言

在陆地项目的工程勘察中，一般采用纯水来进行室内土样的变水头渗透试验，海洋工程的土样变水头渗透试验也普遍采用纯水。但是海底的岩土体一直处于高盐度的海水环境中，用纯水来进行海底土体的变水头渗透试验结果是否符合工程实际，能否满足工程设计要求，已成为海上风电工程勘察中急需解决的问题。

考虑到海底土体含盐量较高，直接用纯水进行渗透试验相当于淡水驱替咸水试验。本文通过采用海水和纯水对海底土样进行变水头渗透试验，得到两种不同环境下的土体渗透系数，并进行分析研究。

1 试验方法

采集海底原状的砂土、粉土、粘性土，分别采用海水和纯水进行变水头渗透试验得到土样的的渗透系数，通过比较分析试验结果，研究产生试验结果差异的原因。试验及研究方法如下

（1）采集江浙沿海地带海洋钻探平台钻取的原状土样和江苏如东海域的海水，并对海水进行过滤处理，过滤掉海水中杂粒。

（2）测定土样的基本物理指标，包括含水率、密度、液塑限、颗粒分析等，并对土样进行定名，计算其孔隙比；对水样进行矿化度分析。

（3）对采集的砂土、粉土、粘性土分别用海水和纯水进行变水头渗透试验，计算用纯水和海水试验得到的渗透系数。

（5）对比分析用海水和纯水进行变水头渗透试验得到的渗透系数，并对试验结果提出假设与评价。

2 试验结果及分析

2.1 砂土实验

通过对海底土样的淡水和海水变水头渗透试验，试验结果见表1，渗透试验出水口的水样矿化度检测成果见表2。

表1 渗透试验成果表

注：表中的渗透系数均是多次试验的平均值。

表2 出水口水样矿化度统计表

通过分析渗透试验结果表明：

（1）由表1分析可知，第一组环刀样先用海水试验、后用纯水试验，用海水试验时渗透系数较大。第二组环刀样先用纯水试验、后用海水试验，用纯水试验时渗透系数较大。由此说明，在进行两次土体试验时，渗透系数会减小。对于同一组环刀样，当采用淡水和海水进行两次试验或变换先后顺序，总是第一次试验的渗透系数大于第二次试验的渗透系数，但改变试验顺序，两种试验情形得到的渗透系数有所不同，无法对比，且无规律可循。根据上述试验结果分析，交替使用淡水、海水进行试验时，会在两种水的交界面产生渗透压，土体中的黏土颗粒在渗透压下发生迁移，从而堵塞渗透路径，引起土体的渗透系数减小。

（2）比较分析可知，选取两组环刀样的第一次试验结果对比，采用海水的试验结果平均值=1.94cm/s，大于采用纯水的试验结果平均值 1.63 。由于试验用土是海底的土体，含盐量较高，当用纯水进行渗透试验时，由于土体中的自由水和纯水的含盐量有较大的差距，存在较大的渗透压，土体中的黏土颗粒会随之发生迁移，从而堵塞渗透路径，引起土体的渗透系数减小。而用海水进行渗透试验，土体自由水的含盐量与海水中的含盐量差距不大，不存在较大的渗透压，所以土体中黏土颗粒不太容易发生迁移，土体的渗透系数相对较大。

2.2 粘粒土实验

由于上述试验采用海水、纯水交替的试验方法，可以避免土体的不均匀导致的两组土体渗透系数的误差。但是一组试样驱替试验并不能明确体现海水、纯水试验对试验结果的影响。考虑上述试验方案及试验结果的局限性，进行以下补充试验：

（1）以粉土为例，选取1组试样，切取两组环刀试样，控制试验温度。

（2）选取其中一组环刀样用纯水进行变水头渗透试验，选取另外一组环刀样用海水进行试验。在试验中要保证两组环刀试样采用同一试验装置。

（3）选取大量的海上的砂土、粉土、黏土试样，进行上述渗透试验，通过对试验结果的统计分析寻找规律。

根据补充试验得到试验结果见表3

表3 补充试验结果统计表

注：表中的渗透系数均是多次试验的平均值。

通过补充试验，并对试验结果进行分析，得到以下结论：

（1）由表3和图1分析可知，对于所有土样，无论砂土、粉土、粘性土都存在相同的规律，用海水进行的变水头渗透试验得到的渗透系数比纯水的大。补充试验结果与前述试验结果一致，即由于土体是含盐量较高的海底土体，用纯水来进行变水头渗透试验时，在土体中两种液面边界存在较高的渗透压，黏土颗粒在较高的渗透压下发生迁移，导致土体的渗透系数减小。

（2）海水、纯水两种试验环境下得到的土样渗透系数的相对差值平均为64%，表明存在一定的差异性。由于在试验中用海水和纯水进行试验所使用的是同一块土体的两组环刀样，可能土样本身存在一定的不均匀性。但由于不同土体的试验结果均反映相同的规律，因此具有普遍性。

3 结语

利用海底土样的淡水和海水变水头渗透试验，得到大量两种环境下土体的渗透系数。通过分析与研究海底土样的渗透试验结果及规律，得到如下主要结论：

（1）不论砂土、粉土、粘性土都存在相同的规律，用海水进行的变水头渗透试验得到的渗透系数要比纯水的大，渗透系数的相对差值平均为64%，表明两种试验环境得到的渗透系数存在一定的差异性。

（2）由于海底的土体含盐量较高，当用纯水进行渗透试验时，由于土体中的自由水和纯水的含盐量有较大的差距，存在较大的渗透压，土体中的黏土颗粒会随之发生迁移，从而堵塞渗透路径，引起土体的渗透系数减小。而用海水进行渗透试验时，土体自由水的含盐量与海水中的含盐量差距不大，不存在较大的渗透压，所以土体中黏土颗粒不太容易发生迁移，用海水试验得到的土体渗透系数大于用淡水试验的渗透系数。

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论文作者:胡治高,霍禹光,范红申

论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期

论文发表时间:2020/1/13

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